Wie spontane Asymmetrie zum Leben beiträgt

Chemische Mikroreaktoren bilden neue Systeme aus intelligenter aktiver Materie

29.10.2026

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In nicht-reziproker aktiver Materie wirken Akteure unterschiedlich aufeinander ein, was scheinbar im Widerspruch zum dritten Newtonschen Gesetz steht. Dieses Prinzip kann zu verschiedenen Eigenschaften aktiver Materie führen, wie beispielsweise Selbstantrieb, molekulare Regulation und kollektive Bewegung. Ein neues Modell beschreibt nun, wie solche nicht-reziproken Wechselwirkungen spontan zwischen chemisch aktiven Vesikeln entstehen können. Physikerinnen der Abteilung Physik lebender Materie am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) fanden heraus, dass diese Vesikel dynamisch zwischen Ignorieren, Anziehen, Abstoßen und Verfolgen wechseln können.

„In unserer Arbeit beschreiben wir eine grundlegend neue Klasse intelligenter Systeme aus aktiver Materie“, sagt Jakob Metson, Erstautor der Studie. „Bemerkenswerterweise entstehen diese nicht-reziproken Wechselwirkungen zwischen den Vesikeln spontan durch die Aufhebung der Symmetrie der chemischen Reaktionen“, fügt er hinzu. Die treibende Kraft hinter diesem Mechanismus ist die enzymatische Aktivität innerhalb der semipermeablen Vesikel. Diese kann einen chemischen Konzentrationsgradienten zwischen dem Inneren eines Vesikels und seiner Umgebung verursachen, der das Verhalten der Vesikel bestimmt. Nicht-Reziprozität entsteht dabei zwischen zwei Vesikeln, wenn die Konzentration der Chemikalie in einem Vesikel höher als in der Umgebung ist, im anderen hingegen niedriger. Da die enzymatischen Reaktionen weiter ablaufen, kann sich dieser dynamische Zustand zudem im Laufe der Zeit entweder spontan oder kontrolliert verändern. Durch die externe Manipulation der chemischen Reaktionen, beispielsweise durch die Zugabe weiterer Reaktanten, lassen sich die Wechselwirkungen so deutlich verändern. Bemerkenswerterweise sind alle Vesikel zu Beginn identisch; dennoch sind ihre Wechselwirkungen äußerst dynamisch und hängen von ihrem sich entwickelnden chemischen Zustand ab.

Ramin Golestanian, Direktor am MPI-DS, sagt: „Dieser konzeptionelle Rahmen bietet ein bemerkenswertes Maß an Flexibilität für die emergenten Eigenschaften der aktiven Suspension. Das konzeptionelle Paradigma, das unserer Arbeit zugrunde liegt, ist das der emergenten Symmetrien und der damit verbundenen spontanen Symmetriebrechung.“ Die Wissenschaftlerinnen gehen davon aus, dass am Ursprung des Lebens Protozellen mit ähnlichen Eigenschaften entstanden sind. Die Studie liefert somit eine aussagekräftige Perspektive darauf, wie die für das Leben definierenden Eigenschaften wie Signalübertragung, Wahrnehmung und Bewegung entstehen können.